近年来,食品污染对人类健康造成极大的威胁,食源性病原体是导致疾病发生的直接原因之一。食源性病原体会产生特定的挥发性生物标记物,金属氧化物半导体（MOS）气体传感器能对其进行实时有效监测,从而及时预警,降低人类感染致病菌的风险。本文选取李斯特菌产生的标记物二甲基三硫（C2H6S3）作为被检测气体,对纳米WO3的微结构（晶面及缺陷）进行调控,建立了材料微结构与气敏性能之间的构效关系。同时,将密度泛函理论（DFT）计算与原位谱学表征手段相结合,揭示其气敏机制。主要研究工作如下:首先,采用原位水热生长法制备出具有高结晶度外露（002）晶面WO3纳米棒束,其对C2H6S3具有高响应性和高选择性。DFT计算发现被检测气体的S原子与W位点之间具有较强的吸附力(Eadv=-1.310 e V),原位拉曼进一步证实了W···S键的存在,揭示了W位点的催化作用对气敏响应的增强作用。其次,以普鲁士蓝为模板,采用化学刻蚀法可控制备了外露（020）晶面的WO3纳米片（厚度约为65 nm）。与外露（002）面纳米WO3相比,外露（020）晶面WO3纳米片对500 ppb C2H6S3响应值（7.5）提升2.5倍,且检测下限由100 ppb降低至5 ppb,同时基于纳米片的传感器具有优异的选择性、良好的稳定性以及对湿度不敏感特性。DFT计算表明被检测气体分子在（020）面上表现出更强的吸附作用(Eadv=-1.552e V)。为了规避刻蚀法产量低及工艺复杂等问题,采用水热法结合退火工艺成功制备了外露（020）晶面多孔WO3纳米薄片（厚度约为11 nm）,其对500 ppb C2H6S3的响应值为9.2,较WO3纳米厚片有所提升。DFT计算结果表明性能提高基于边缘效应:孔边缘悬挂键为被检测气体分子提供了更多活性位点,同时增强其与WO3之间的吸附能(边缘Eadv=-1.715 e V)。此外,XPS表征也证实了W-S键的形成,揭示了C2H6S3与WO3本体之间存在强烈的化学吸附作用。对多孔WO3纳米薄片进行氢化,发现氢化处理后WO3纳米薄片的氧空位浓度升高,其对100 ppb C2H6S3的响应值相比于氢化前提升了63%。DFT计算模拟了二甲基三硫分子与富缺陷WO3之间的吸附特性,发现被测气体分子与材料之间具有更高的吸附能(Eadv=-2.030 e V)以及更多的电荷转移,强烈的化学吸附作用使气体分子难以脱附,导致其回复时间有一定程度延长。最后,针对WO3纳米薄片在热场作用下回复时间长的难题,在保证响应度不明显降低的前提下,采用光热联合激发使基于多孔氢化WO3纳米薄片传感器的回复时间由527 s缩短至155 s,并探讨了回复性能改善的机制。综上所述,我们采用多种技术手段实现对纳米WO3微结构的有效调控,建立了材料微结构与性能之间的构效关系,结合DFT计算及谱学方法,揭示了气敏机制,实现了对C2H6S3气体高敏感、低检测限以及快速响应的实时检测,为MOS传感器在微生物检测领域的应用奠定了坚实的技术基础,并提供了理论指导。